[Из песочницы] О недостатках современных синтезаторов и как с ними бороться
Все любят музыку. Но не все способны её играть. Лишь немногие способны её создавать, и ещё меньше людей создают для этого музыкальные инструменты. Легендарные инструменты, наравне с легендарными композиторами и музыкантами, входят в историю, но мало кто интересуется этими самыми инструментами. Мы интересуемся. Так почему бы не внести в историю свою микроскопическую лепту?
История вопроса Напоминаю, что это — мое видение истории. Кто боится искажения фактов, ну или просто ее знает, может пропустить данный топик.Всё началось в 60-х годах прошлого столетия, когда электронную музыку нарезали и склеивали на магнитных лентах некие энтузиасты, верившие, что за ней — будущее. Они, конечно, не прогадали, хотя условия для её записи, мягко говоря, тогда оставляли желать лучшего, и позволить себе такое могли лишь довольно богатые музыканты-инженеры. Почему инженеры? Потому что они создавали те самые «космические» звуки на огромных, шкафоподобных машинках, которые звались звуковыми синтезаторами. Это были монофонические инструменты, но полифония была им не особо нужна — при нажатии на одну клавишу они могли воспроизвести столько голосов, насколько был богат музыкант — синтезатор мог спокойно докомплектовываться всё новыми и новыми модулями, о которых ниже. Зачастую клавиатура отсутствовала вообще, либо содержала всего пару октав — она почти не играла роли. Чтобы разобраться с синтезом звука и записывать электронные композиции, недостаточно было быть только музыкантом — при виде кучи проводов и огромного шкафа хотелось просто взять свою гитару и пройти мимо. Так музыка стала писаться теми, кто был от неё далёк, что привело к тому, что синтезаторы ассоциироваться с тоннами проводов…
…и здоровыми шкафами!
Но уже в 70-х нагремевшие звуки известных «Модуляров», созданных студентами под полами скучных инженерных универов, стали вызывать прямо-таки очуменный интерес почти у всех тогдашних групп и музыкантов. Огромную, нет, самую большую роль в развитии «электроники» сыграла американская фирма «Moog», названная по фамилии основателя и выпускавшая до того времени ламповые головы. Роберт Муг стал просто супергероем, посвятив остаток своей жизни аналоговым синтезаторам. Его фирма до сих пор успешно существует, и её продукты являют собой идеал качества звучания винтажных аналоговых синтезаторов.
Кстати, In Soviet Russia тоже делали аналоговые синтезаторы, которые были известны далеко за ее пределами. Вот классический пример того самого легендарного Поливокса.
Где-то в 80-х годах появились и начали развиваться цифровые синтезаторы; их эпоха продолжается и по сей день, как нетрудно заметить. Но люди имеют тенденцию уставать. Такие фирмы, как Casio или Yamaha вдруг неожиданно потеряли клиентов (но не популярность), потому что люди, устав от поднадоевших пресетов, вспомнив тёплое и такое разностороннее звучание старых громадин, ринулись к дедушкам на чердак за тем, чтобы их вернуть. Ослабевшие и почти загнувшиеся фирмы, до сих пор выпускавшие модульные синтезаторы, просекли фишку и начали заламывать цены. А некоторые новосозданные фирмы, например Waldorf, эту фишку не только просекли, но и сделали для себя полезные выводы, подготовив сюрпризы на потом. Когда стало понятно, что модульное удовольствие не всем по карману, а пресеты достали, Waldorf родила Waldorf Q, синтезатор нового поколения, использовавший новый метод волновых таблиц и сочетавший в себе всё то, чего так не хватало нам, любителям электронной музыки: малые размеры, возможность полного контроля синтеза, да и к тому же был снабжён плюшками для субтрактивного изменения звука.
Waldorf Q в умелых руках [embedded content]
Ну, а дальше вы знаете сами — компьютеры, плагины, более дешёвые радиодетали… Сейчас равное право на существование имеют все виды синтезаторов, все они востребованы, но всё равно господствуют компьютеры и цифровой синтез, а ещё больше — пресеты (да, да, именно поэтому ваш дабчик звучит порой так одинаково — модуляция по тем же параметрам, пресеты все похожие).Ямашка воркстэйшн, как пример современного цифрового синтезатора 
Ну, с историей всё, за маленьким исключением: большие модульные синтезаторы ОПЯТЬ возвращаются. Детали стали дешевле, схемы, хранимые раньше фирмами в строжайшем секрете, появились в теперь уже быстром Интернете. Так почему бы не?… Бать, где паяльник?
Собственно, проект Принимая во внимание всю историю этих инструментов, сумасшедшие возможности компьютеров и дешёвых камней, доступность старых схем и даже наличие по ним пошаговых инструкций и туториалов, мы решили создать кое-что монстрическое… Но сначала я попробую перечислить достоинства и недостатки классических модульных и современных цифровых синтезаторов (рассматриваться будут аппаратные синтезаторы, в смысле физически существующие как инструменты).Минусы чисто модульных синтезаторов:
Они БОЛЬШИЕ; Они нестабильные (нагрев компонентов и настройка, не относится к современным доморощенным модулярам с современными детальками); Тысячи проводов (соединение модулей патчкордами, в лучшем случае — матрицей контактов, но тогда возможности уменьшаются и инструмент перестаёт быть «бесконечным»); Хочется долбануть аккордом, но сработает лишь нижняя клавиша; Хочется сохранить данную конфигурацию для дальнейшего использования, а сейчас собрать что нибудь другое — извините, не выйдет. Рисуйте на бумажке схемку, фоткайте положение потенциометров, тумблеров и переключателей — авось и восстановите; Кнобы сами себя не повернут. Если хотите одновременно повернуть десять ручек с разной скоростью для красивого изменения звука — зовите многоруких индийских богов. Плюсы:
Патчкорды (несмотря на неудобство, это реальные, интуитивно понятные и осязаемые соединения, а не прописанные в программе, несущие тонны кода, лаги и бесконечные списки вариантов того, куда это можно присоединить и что с этим сделать); «Бесконечность» (Появились деньги? Купи новый модуль! — размеры и комплектация синтезатора ограничены лишь фантазией обладателя инструмента и толщиной его кошелька (ну и размерами помещения, хе-хе). Почти все модули независимы и могут быть подключены куда душа пожелает, только подай каждому питание; Гибкость. (какую архитектуру захочу, такую и наворочу); Ваш звук абсолютно точно уникален. Такого звука нет в пресетах, его можно изменять прямо сейчас, во время игры. Широкий диапазон звучания — от неслышных низких до неслышных верхних с одинаковым качеством как первых, так и вторых. В общем, это именно ТОТ звук. Минусы цифровых синтезаторов:
Ограниченная архитектура; Неизменяемая архитектура; Возможно некачественное воспроизведение нижних частот, из-за чего они могут разделиться по направлениям: для дабстепа, для ударных, для пэдов, фонов и шумов. Плюсы:
Малые габариты; Предоставляют абсолютно все виды синтеза (но каждый отдельный инструмент обычно представляет собой совокупность максимум двух из них); Можно сохранять конфигурации и загружать их прямо во время воспроизведения одним нажатием на кнопку; Полифония. Больше денег — больше полифония; Позволяют проводить широкий спектр работ со звуком, от воспроизведения и записи до сведения, эквализации и распределения по каналам (отличительная черта т.н. рабочих станций); Захотелось соединить эти два вида инструментов и постараться избавиться от некоторых минусов и не растеряв при этом их достоинства. Но для начала — обучалка по тому, как устроен модульный синтезатор. Можете пошарить вот тут, слева надо найти раздел MFOS In The Classroom/Analog Synth 101 — там всё замечательно написано, правда на английском.
Вот основные модули (вкратце): Генератор Генератор (VCO, Voltage Controlled Oscillator). Обычно способен генерировать синусоидальную, пилообразную, треугольную и прямоугольную форму волны. К прямоугольной форме волны прилагается настройка ширины импульса (Pulse Width). Наибольший интерес представляет пилообразная форма вольны — она содержит больше всего гармоник. Так как синтез у нас субтрактивный (вычитательный — берём сигнал и отфильтровываем всё ненужное), то чем больше гармоник содержит исходный сигнал — тем лучше. Частота генератора может быть промодулирована при помощи напряжения с клавиатуры или с другого генератора. Чем больше генераторов, тем больше возможностей модуляции одних сигналов другими и тем веселее. LFO Генератор низкой частоты (LFO — Low Frequency Oscillator) — особая разновидность генератора, предназначенная для генерации различных форм сигналов с очень низкой частотой, используемых для модуляции. Период таких сигналов может достигать нескольких минут, поэтому человеку большая часть частотного диапазона этого генератора не будет слышна. Впрочем, у некоторых образцов существует несколько режимов работы для самых различных целей.
Генератор огибающей Генератор огибающей (Envelope Generator) — также источник модуляции. Генерирует сигнал особой формы, обладающий такими характеристиками, как атака, спад, уровень и затухание. Атака — время, затраченное на возрастание сигнала, пока не начнётся спад. Активируется при нажатии клавиши на клавиатуре или при приходе сигнала Gate на вход генератора. Спад — время, затраченное на убывание сигнала до Уровня, также регулируемого. Затухание — время, затраченное на затухание сигнала от определённого ранее уровня до нуля, начинается при отпускании клавиши или при спаде сигнала Gate на входе. Может быть упрощён до цикла Атака-Затухание.
Микшер Микшер — просто смешивает сигналы в разных пропорциях.
Фильтр Фильтр (VCF — Voltage Controlled Filter) — отфильтровывает входящий сигнал. Бывают разные типы фильтров с разной жёсткостью фильтрации (обычно 12 или 24Дб на октаву) и различные виды: фильтр низких частот, высоких частот и полосовой. Основные характеристики — частота среза и резонанс. Резонанс поднимает уровень частот, находящихся близко к частоте среза, в связи с чем звук становится более «жёстким». При максимальном резонансе происходит самовозбуждение и начинается генерация синусоиды с частотой, равной частоте среза фильтра. Эти характеристики могут изменяться при помощи модулирующего сигнала.
Усилитель Усилитель (VCA — Voltage Controlled Amplifier) — используется для модуляции уровня сигнала другим сигналом.
Для синтезатора обычный минимум — два генератора, микшер с тремя входами и одним выходом, один фильтр, один LFO, два генератора огибающей (ну, можно и один), один усилитель. Такие маленькие системы даже не снабжаются патчкордами — комбинаций cоединений немного, можно обойтись кнопками и переключателями. Звуки осцилляторов, а также иллюстрацию работы каждого модуля в разных режимах и видео, можно увидеть на всё том же сайте MFOS — раздел Analog Synthesiser Modules/Path to Your MFOS Modular/<<выбранный модуль>>.
Планы, планы, планы… Наша основная задача — построить такой модульный синтезатор, все параметры которого (исключая соединения модулей) будут контролироваться микрокомпьютером, могут быть забиты в память для дальнейшего использования. Это открывает также открывает возможности для существенного уменьшения габаритов инструмента, так как большую часть его размеров составляют не печатные платы и схемы, а передние панели. Это можно обыграть таким образом: допустим, мы хотим иметь три осциллятора, соответственно будет три одинаковые передние панели. Можно сделать одну переднюю панель, на которую вывести входы/выходы всех осцилляторов, и три кнопки. Чтобы изменить частоту первого осциллятора, надо нажать на первую кнопку и повернуть ручку частоты, чтобы изменить частоту второго — нажать на вторую кнопку и повернуть ту же ручку, и так далее. При этом экономия места получается чуть меньше, чем в три раза. При таком методе необходимо заменить все резисторы на передней панели на энкодеры, состояние которых будет считывать и запоминать центральный контроллер, и в соответствии с этими данными изменять сопротивление резистора в схеме. Также при помощи контроллера возможна запись звука и последующее использование этих кусков в качестве пресетов, что несомненно сделает синтезатор на 20% круче. И ещё… Да чего только нельзя сделать с этим контроллером! Чтобы достичь своей цели, хотим мы того или нет, придётся сделать не один промежуточный инструмент, ибо только опытным путем можно сделать вообще хоть что-то (ну не с нуля же, блин).Хотелось бы узнать, как люди отреагируют на подобную идею, вот. Ну, надеюсь, первый пост удался, спасибо тем, кто дочитал до конца.
